Министерство образования и науки РФ

Министерство образования и науки РФ Московский государственный горный университет Кафедра ЭИС РЕФЕРАТ по дисциплине «Аппаратное и программное обеспечение систем управления технических систем» на тему «Анализ производительности в MES» Выполнили: ст. гр. ИС-08 Горемыкина О.И. Горемыкина С.И. Проверил: Бекаревич А.А. Москва 2012г

Введение

Для поддержания операционной деятельности любое промышленное предприятие развивает свою информационную инфраструктуру. Поскольку рыночная ситуация требует от предприятия быстрой и точной реакции на происходящие изменения, актуальной становится задача совершенствования существующих производственных процессов (то есть последовательности логически связанных процедур, имеющей несколько входов и выходов и предназначенной для получения заданного конечного результата) с целью:

минимизации потерь на предприятии;

повышения прибыли;

снижения себестоимости и т.д.

Для достижения этих целей первостепенное значение имеют:

качественные системы количественного учета;

АСУ технологических установок как источники первичных данных;

аналитические инструменты для принятия решений.

По факту уже сейчас на любом предприятии используются автоматизированные системы управления предприятием, технологическими процессами (АСУП, АСУТП), учетные системы, мало взаимодействующие между собой. Какими бы функциональными особенностями не обладали указанные локальные системы, они не включены в единый производственный цикл.

Успех комплексной задачи управления в целом должен строится на технологии с двумя контурами управления. Первый контур является оперативным и включает производственные процессы для контроля показателей эффективности процесса производства. Второй контур, содержащий бизнес-процессы, предназначен для периодического анализа и повышения эффективности производственных процессов. В комплексной системе должны функционировать оба контура. Ситуации, когда присутствуют некоторые из этих контуров управления, не являются эффективными.

Оперативный контур управления связан с информационной и коммуникационной средой, отражающей процесс производства на предприятии. Системы этого уровня не только обеспечивают передачу данных с технологического уровня — уровня управления реальными данными — в модули систем планирования ресурсами предприятия (АСУП), но и самое главное они позволяют управлять процессом производства более гибко, уменьшая стоимость производства и увеличивая прибыль. Модели производственных процессов уникальны для каждого предприятия, но подходы к их созданию не столь разнообразны. Ниже рассматривается концепция создания моделей систем контроля и управления производственного уровня и подходы к реализации моделей "как должно быть".

Далее рассмотрим особенности производственных процессов, их функции и системы, поддерживающие реализацию этих функций.

Производственные процессы и организационная структура предприятия

С учетом утвержденного стандарта ISO 9001:2000 можно предложить следующий механизм разбиения производственной деятельности предприятия на процессы:

количество процессов в организации напрямую зависит от численности персонала и структуры организации;

разграничение между процессами в сети целесообразно провести по границам крупных структурных подразделений;

разбиение деятельности предприятия на отдельные процессы целесообразно вести с наложением процессов на структуру предприятия. В этом случае оптимизация количества процессов упрощается;

получившееся разбиение работ и процессов необходимо проверить (см. врезку "Моделирование процессов").

В настоящее время в области информационных технологий управления бизнес-процессом представлено множество течений (BPR — реинжиниринг бизнес процессов по Хаммеру и Чампи, TQM — система управления качеством в соответствии с ISO, CPI — система непрерывного совершенствования процессов и др.). Наиболее приемлемой технологией для многих отечественных предприятий представляется технология непрерывного совершенствования процессов. Предлагаемая технология основана на мониторинге и анализе хода работ и принятии мер по улучшению организации производственных процессов на предприятии из состояния "как есть" к состоянию "как должно быть".

По технологии непрерывного совершенствования процессов на предприятии решается два типа вопросов:

исследование текущего состояния систем управления производством, включая непрерывность и полноту потоков документооборота по основным фондам предприятия, по системе качества (от сырья до продукта), в части формирования и расчета материальных, энергетических и качественных балансов.

предложения решений по совершенствованию указанных на рис.1 систем с учетом исследований первого этапа.

Рис. 1. Примеры производственных бизнес-процессов

Среди перечисленных на рис.1 процессов производственному управлению предприятий нефтегазового комплекса соответствуют следующие:

планирование и моделирование производственного процесса;

слежение за процессом производства;

анализ балансов;

архивирование данных и др.

Ограничивающие процессы

Существенного внимания требуют процессы, которые могут накладывать ограничивающие условия на функциональность основных производственных процессов. К числу таких процессов можно отнести процессы, связанные с обеспечением безопасности работы предприятий. Роль ограничивающих процессов существенно усилилась, что объясняется рядом значимых факторов и тенденций, характерных для большинства предприятий нефтегазового комплекса:

существенное устаревание основных производственных фондов, приводящих к закономерному росту вероятности отказов и неисправностей;

ужесточение требований к экологической безопасности предприятия;

возникновение или усиление новых опасностей и угроз, влияющих на состояние промышленной безопасности.

К числу главных направлений поддержания работоспособности производства в современных условиях относится разработка и внедрение регулярного мониторинга технического состояния оборудования, включающего оперативную оценку остаточного ресурса. Очевидно, что проблему безопасности предприятия нельзя рассматривать изолированно от всей инфраструктуры предприятия. Эта проблема включает в себя такие аспекты, как промышленная, экологическая, экономическая, информационная, сетевая безопасность (рис.2). Вопросы экономической безопасности существенно влияют на решения в области промышленной безопасности. В свою очередь состояние промышленной безопасности определяет существенную часть угроз для экологической безопасности. Следует также отметить класс новых угроз, связанных с развитием высоких технологий и их внедрением в область автоматизации управления производством. Речь идет об информационной безопасности предприятия.

Рис. 2 Примеры ограничивающих процессов

Главным принципом интегрального подхода к созданию системы является жесткая ориентация на превентивные меры обеспечения безопасности на основе не только плановых и профилактических мероприятий, осуществляемых исходя из общих соображений, но и анализа состояния технологических, диагностических и других параметров производства в реальном времени.

Сетевые технологии

До недавнего времени основой построения распределенных систем являлись локальные сети. С точки зрения их интеграции возможно два типа конфигурации:

все компоненты системы объединены в одном сегменте. Этот способ допустим для небольших и однородных систем;

многосегментная организация системы, когда отдельные технологические участки объединены в одном или нескольких сегментах; между сегментами определяются различные типы отношений.

Следует отметить, что в рамках локальной сети объединялись узлы, обеспечивающие визуализацию и сбор информации, т.е. SCADA-системы и различные офисные приложения (часто это ассоциировалось с уровнем АСУП). Традиционно SCADA-системы или аналогичные по функциям приложения обеспечивали взаимодействие с контроллерным уровнем — через коммуникационное программное обеспечение (ПО), реализованное в виде серверов или драйверов ввода-вывода.

Выбор протокола в локальной сети зависит от приложений, используемых в сегментах. Так SCADA-системы подобные Citect, для обмена данными между узлами предполагают применение протокола NetBEUI, а SCADA-система InTouch — протокола TCP/IP.

Использование глобальной сети позволяет агрегировать данные, поступающие из сегментов локальной сети на Web-серверы, и обеспечить возможности доступа по базовым протоколам глобальной сети http и https Web-клиентам, например, через Internet-браузеры. Возможна конфигурация, когда источниками данных для Web-клиентов являются несколько Web-серверов.

Наличие сетевой инфраструктуры — необходимое условие функционирования производственных процессов в автоматизированной режиме. Каждый процесс определяется набором реализуемых им функций. В следующем разделе описываются функции, свойственные бизнес процессам, тесно связанным с производством.

Функциональные возможности систем управления производством

На рис.3 показаны функции УП и реализующие эти функции программные модули. Основные функции перечислены ниже.

Рис.3 Соответствие функции УП и программных модулей, обеспечивающих реализацию этих функций

Управление качеством (QM — Quality Management).

Эта функция позволяет обеспечить текущий контроль качества процессов, в том числе и в режиме реального времени. Такая переориентация стандарта ISO 9000-1:1994 на качество процессов, а не на качество продукции, произошло впервые. Это изменение нашло подтверждение 15 декабря 2000 года в окончательной редакции ISO 9001:2000, утвердившей процессный подход в управлении предприятием. Качество полуфабрикатов и продуктов является неотъемлемой частью качества процессов в целом.

Отслеживание процесса производства (PTG — Product Tracking and Genealogy)

включает мониторинг производства в реальном времени, что позволяет либо автоматически корректировать, либо обеспечивать условия для принятия решений оператором с целью совершенствования процесса.

Диспетчеризация ресурсов производства (DPU — Dispatching Production Units).

Определяет ресурсы, необходимые для выполнения заданий, заказов. Диспетчерская информация определяет, в какой последовательности работы должны быть выполнены, включая изменения предопределенного плана, повторную переработку и т.д.

Управление трудовыми ресурсами

В реальном времени отображает статус загрузки персонала, включая его прямую и косвенную активность.

Операционное или детальное планирование

Позволяет сформировать оптимальный план производства, основываясь на приоритетах задач, атрибутах, регламентах оборудования, возможности выполнения пересекающихся или параллельных операций.

Слежение за состоянием размещения ресурсов

Просматривает состояние ресурсов, включая станки, мастерство персонала, материалы, наличие нормативной информации, чтобы запустить любую операцию.

Сбор данных обеспечивает

Интерфейс для получения производственно-ориентированных данных, полученных с технологического уровня либо введенных вручную.

Анализ производительности (PA — Performance Analysis)

Обеспечивает периодическую отчетность о реальных результатах производственных операций, сравнивает с предыдущими и ожидаемыми результатами. Накапливает и предоставляет статистические данные для создания аналитических отчетов и поддержки принятия решений по оптимизации производства.

Управление основными фондами

Отслеживает деятельность и управляет ею, чтобы поддерживать работоспособное состояние станков, установок путем периодического проведения планово-предупредительных ремонтов и диагностики предаварийных состояний.

Управление документооборотом

Обеспечивает регистрацию, формирование отчетов-форм, которые отслеживают процесс производства во всех срезах, включая рабочие инструкции, рецепты, процедуры выполнения операций, межсменные рапорты и т.д.

Исполнение функции производственных процессов предполагается с помощью специализированных систем COTS-продуктов, реализованных в виде программных модулей. Основными задачами, решаемыми данным классом программного обеспечения (ПО), являются планирование, слежение и контроль производственных процессов с целью анализа и формирования корректирующих действий. Перечисленные выше функции поддерживаются специальным ПО (рис.3).

Рис.3 Процесс оперативно-диспетчерского управления (голубой цвет) и внешние процессы

Основные системы управления производства (УП)

Исходные данные, порождаемые на технологическом уровне производства, разделяются на следующие типы:

ресурсные параметры производств, включая реальное использование ресурсов, полупродуктов применительно к каждой установке и т.д.;

параметры технологического оборудования, позволяющие диагностировать текущее состояние установок, и на основе этих данных и нормативных документов по проведению планово-предупредительных ремонтов прогнозировать ремонтные, осмотровые работы;

технологические параметры, тесно связанные с качеством и количеством потребляемых ресурсов.

Информационной основой всех бизнес-процессов является процесс оперативно-диспетчерского управления (рис. 1).

Процесс оперативно-диспетчерского управления

В рамках этого процесса обеспечивается сбор данных с АСУ технологических установок, товарно-сырьевых парков и систем коммерческого и технического учета, поддерживая:

учет запасов сырья;

учет выходов продуктов;

учет поступления сырья;

учет отгрузок продукции;

учет энергоресурсов (источник — процесс управления энергоресурсами).

Технологические серверы.

Собираемые с различных установок и с различной точностью данные сохраняются в одном или нескольких серверах реального времени. Данные хранятся в сжатом виде и опрашиваются с высокой скоростью. Предусмотрен режим резервирования для таких серверов. Современные коммерческие продукты, на основе которых создаются технологические серверы, имеют интерфейсы к большинству распределенных систем управления (DCS), системам визуального отображения и сбора данных (SCADA), непосредственно к контроллерам и промышленным шинам. Лишь согласованная агрегированная информация, полученная на основе достоверных оперативных данных при условии их полноты с технологического уровня, систем управления качеством, позволяет оценивать деятельность предприятия по выбранному критерию. Значимость информации зависит от ее оперативности. В постоянно меняющихся рыночных условиях фактор времени крайне важен.

Использование согласованных оперативных данных из одного источника в других производственных процессах значительно повышает качество формируемой этими системами информации (рис.3).

Ответственным за процесс оперативно-диспетчерского управления обычно является главный метролог.

Система материального баланса

Ресурсные данные, регистрируемые на технологическом уровне, в основном используются в системе балансового расчета. Отметим основные принципы вычисления балансов для нефтеперерабатывающего предприятия:

1. Единый механизм (модель) для формирования суточных, месячных балансов;

2. Единые источники данных для всех балансовых расчетов:

хранилище производственных данных (основной источник первичных согласованных данных);

вторичная информация из других бизнес процессов (также формируется на основе данных из хранилища).

3. Баланс по установкам согласован с балансом по НПЗ;

4. Ежедневный расчет балансов;

5. Избыточность данных для повышения качества данных.

На основе данных о состоянии технологического процесса, о потребляемых ресурсах:

производится учет продукции и расчет периодических потерь предприятия;

предоставляются точные сбалансированные данные для инженерных расчетов и планирования;

контролируются реальные потери;

контролируется и корректируется процесс управления предприятием путем ежедневного расчета массового баланса;

совершенствуется механизм ведения основных фондов производства.

Необходимость рассчитываемого баланса может быть вызвана потерями двух типов:

реальные потери в процессе производства, включая отходы в брак, использование на собственные нужды и др.;

потери из-за неточности измерений, недостаточной точности датчиков, ошибки учета продукта при погрузке разгрузке в процессе транспортировки, т.е. ошибки в измерениях параметров процессов являются причиной финансовых потерь. Ошибки калибровки, дефекты датчиков, неправильно регистрируемые измерения, ошибки измерений в резервуарах и неучтенные потери при технологическом процессе делают собранные о процессах данные несогласованными и, следовательно, некорректными для анализа (расчет производительности производства, оптимизация технологических процессов). Используя специальные алгоритмы, балансовая система позволяет рассчитывать согласованные измерения в соответствии со схемой на рис.4, причем параметры должны иметь минимальное отклонение от действительных значений, а массовый и энергетический балансы должны одновременно сходиться.

Рис. 4 Учет нефтепродуктов и реагентов

Основой для расчета балансов и сбора информации для ОДУ является организация учета материальных потоков — нефтепродуктов по узлам НПЗ, где узлами являются производственные установки и хранилища нефтепродуктов.

Учет может производиться следующими способами:

измерением объема потоков между узлами (поточные расходомеры);

измерением объема нефтепродуктов в хранилищах (по высоте взлива);

комбинацией первых двух способов.

Выбор способа измерения зависит от качества измерительной аппаратуры, и именно она определяет метод учета.

Процесс отслеживания маршрутов производства продуктов

Система автоматизации этого процесса обеспечивает:

управление и слежение материалов по маршруту производства от сырья до готового продукта;

отслеживание технологических режимов установок в соответствии с нормативными требованиями;

управление данными качества продуктов и полуфабрикатов;

состояние складов, диспетчеризацию преимущественно дискретно-дозированно повторяемой работы производственного процесса;

практику хорошего производства, управление инструкциями по проведению работ, определение стандартных процедур отдельных операций, сбор данных о потреблении материалов.

Данная система позволяет осуществлять технологическое моделирование производств с использованием значительного числа логических установок, описывающих различные варианты их работы, прослеживанием различных качественных показателей по всей схеме производства — от сырья до товарной продукции, с использованием нелинейных моделей процессов, получая полную технико-экономическую картину производства (объем выпуска продукции по видам с качественными показателями и оптимальными целевыми рецептурами смешения), оптимальные загрузки установок, переменные составляющие затрат и др.

Совокупность реализуемых каждой системой набора функций меняется в зависимости от выбранного продукта. Поэтому при внедрении систем на предприятии определяется продукт, который соответствует типу производства, степени реализации каждой функции, степени самостоятельности каждой системы среди других и т.д.

ИТ-обеспечение рассматриваемого процесса в качестве исходных данных использует технологические архивы системы оперативно-диспетчерского управления, системы качества продуктов и полуфабрикатов (рис.5).

Рис. 5 Контроль процесса в реальном времени

Хозяином процесса чаще всего является главный технолог.

Процесс управления производственными фондами

Необходимость автоматизации процесса управления основными фондами вызвана потребностями обслуживания большого количества сложного оборудования и аппаратуры в соответствии с нормативными документами и международными стандартами. Оптимизация управления основными фондами существенно влияет на возможности предприятия, поскольку затраты на поддержку производственного оборудования (станков, конвейерных линий и т.д.) составляют от 10% до 20% стоимости производимой продукции. К числу основных компонентов систем управления основными фондами предприятия (EAM — Enterprise Assets Management) относятся модули, обеспечивающие:

постоянное слежение за состоянием оборудования и его запасных частей, создание нарядов на ремонтные работы и их активизация по событию;

пополнение складских запасов запасных частей и материалов до эталонного состояния;

формирование счетов на поставку запасных частей, сервисов.

Основной задачей процесса является отслеживание и управление деятельностью, чтобы поддерживать состояние станков, установок в работоспособном состоянии путем периодического проведения планово-предупредительных ремонтов и диагностики предаварийных состояний (рис.5). Отметим следующие основные функции процесса:

отслеживание, диагностика состояния станков, установок, резервуаров;

управление нарядами на работы для периодического проведения планово-предупредительных ремонтов и ликвидации предаварийных состояний;

анализ на основе статистических данных состояния производственных фондов с целью оптимальной организация обслуживания парка установок, резервуаров;

формирование количественных показателей состояния фондов на основе статистических диагностических данных.

Хозяином процесса обычно является главный механик.

Процесс управления качеством продукции

Процесс управления качеством продукции обеспечивает:

регистрацию поступающих в лабораторию образцов (ресурсы, полуфабрикаты, товарная продукция);

контроль и прохождение образцов через лабораторию;

регистрацию результатов тестов и испытаний с учетом применения соответствующих методик расчета и анализа;

паспортизацию продукции;

ввод информации о результатах тестирования образцов непосредственно и приборов;

анализ результатов с использованием статистических методов.

На рис.6 показан пример организационной структуры химической лаборатории, реализующей функцию обеспечения качества продукции на нефтеперерабатывающем предприятии и взаимодействие с другими процессами.

Рис. 6 Организационная структура, обеспечивающая систему качества и внешние процессы

Хозяином процесса могут быть директор по качеству или начальник химической лаборатории.

Система моделирования технологических особенностей предприятий и планирования процесса производств

Система объединяет модели отдельных установок в общую модель производства и осуществляет оптимизацию по модели. Отметим следующие основные задачи системы:

оперативное многопериодное оптимизационное производственное планирование;

технико-экономическая оценка процессинговых соглашений по переработке;

оптимизационное инвестиционное планирование технологических реконструкций и техперевооружений (при подготовке Мастер-планов и ТЭО);

проведение расчетов технологического характера, например, изменение технологических режимов, структуры отбора полупродуктов, замена катализаторов и т.п.

Ключевые показатели производства (KPI — Key Performance Indicator)

Периодический расчет ключевых показателей является инструментом совершенствования системы управления производством. На каждом предприятия определяется свой набор показателей и периодичность их расчета. Часть показателей вычисляется для пользователей конкретного процесса, используя соответствующий программный модуль, другая часть относится к группе обобщенных показателей.

Заключение

Построение моделей производственных процессов, отражающих текущее состояние процессов "как есть", и разработка моделей процессов "как должно быть" позволяют проводить реорганизацию с целью повышения эффективности производственных процессов в соответствии с определенными критериями, такими как время выполнения процесса в целом в человеко-днях, степень автоматизации, отношение суммарного времени выполнения функций процесса к суммарному времени ожидания и др.

В каждом производственном процессе реализуется набор функций, значительная часть которых выполняется специальными продуктами — системами УП. Эти системы являются инструментом, который позволяет:

отслеживать текущее состояние процесса, выявлять проблемные моменты процесса с целью определения задач и принятию мер по совершенствованию;

совершенствовать бизнес процесс с помощью установки новых систем, модификации старых, формирования информационных потоков между этими системами с целью оперативного предоставления в каждой из них информации с других систем (взаимодействие между параллельно функционирующими системами) и обмена электронными документами с финансовыми и бухгалтерскими системами. В списке решаемых задач определяются приоритетные для конкретного предприятия направления совершенствования в зависимости от имеющихся проблемных точек, стратегических целей предприятия и других факторов.

Следует обратить внимание на следующие аспекты:

1. Общее хранилище данных со всех установок АСУТП и товарно-сырьевых парков обеспечивает информацией остальные производственные процессы-системы. Оперативность, достоверность, согласованность данных является базовым моментом, определяющим финансовый результат внедрения комплексной системы в целом.

2. Локальная вычислительная сеть предприятия не создает дохода, но необходима для работы всех производственных систем.

3. Отдача от проектов систем управления производством, лабораторией зависит от числа установок, оснащенных современными АСУТП.

4. ИТ-обеспечение бизнес-процессов должно обеспечивать тесное взаимодействие между ними.

Создание информационной коммуникационной среды УП позволяет предоставлять качественную согласованную информацию всем потребителям, формировать ясную картину производственных процессов, оперативно реагировать на алармовые ситуации на производстве. Эта среда в дальнейшем должна быть основой для корректирующих мероприятий (по терминологии ISO 9000.2000 — корректирующие и предупреждающие действия) по трем—пяти направлениям изменения регламентов выполнения производственных процессов:

изменения по персоналу (обучение, повышение квалификации, аттестация, прием/увольнение и др.),

изменения в инфраструктуре (новые средства производства, автоматизации, связи и др.),

модификации в оборудовании (основные фонды),

изменения в материальных ресурсах (сырье, катализаторы и т.д.).

Применение рассмотренного подхода к описанию производственных процессов позволяет:

провести обследование предприятия, описать текущее состояние автоматизации на технологическом и производственном уровнях;

описать модель информационной системы предприятия "как должно быть";

выявить задачи в области автоматизации, обосновать их приоритетность и график внедрения новых решений в рамках общей стратегии.

Дата добавления: 2015-08-28